2. Ориентация на клиента. СИ уделяет постоянное внимание голосу клиентов, то есть дизайн продукта не должен отклоняться от потребностей пользователей, которые должны участвовать в определении характеристик продукта.
3. Приоритет на определении требований на уровне продукта в целом. Например, на уровне продукта требования к автомобилю будут опираться на базовые характеристики транспортных средств, такие как безопасность, экономия топлива, управляемость, удобство сидения, температурный комфорт, стиль и затраты на содержание.
4. Рассмотрение полного жизненного цикла разрабатываемого продукта на всех этапах от разработки концепции до утилизации, в том числе проектирование, производство, сборка, испытания и оценки, использование во всех возможных условиях эксплуатации, техническое обслуживание, а также утилизация.
5. Иерархия целей «сверху вниз». Сначала рассматривают продукт или всю систему как единое целое, а затем последовательно декомпозируют их на более низкие уровни, такие как подсистемы, модули и компоненты.
6. Включение технических и управленческих процессов. В техническом процессе СИ создается документация о требованиях к продукту, и реализуются технические усилия по разработке и верификации интегрированного и сбалансированного набора решений для жизненного цикла, включающих пользователей и продукт в разных сценариях (ситуациях) его использования. Процесс управления СИ включает оценку затрат и рисков, интеграцию инженерных специальностей и проектных групп, поддержание контроля конфигурации и аудит деятельности, чтобы гарантировать, что цели по стоимости, графику и техническим характеристикам удовлетворяют требованиям для продукта.
7. Ориентация на конкретный продукт. Реализация этапов СИ (т.е. методы, процедуры, структура команды, задачи и обязанности, достижение вех проекта) зависит от производимого продукта и его характеристик, а также компании-исполнителя, ответственной за результат.
В таблице 1 показаны процессы системной инженерии из ГОСТ Р 571932016, разделенные на четыре группы.
К основным техническим процессам относятся пункты.
Разработка требований. На этапе обрабатывают все входные данные от заинтересованных сторон и переводят их в технические требования.
Функциональный анализ. Включает процесс получения логических решений для улучшения реализации определенных требований и взаимосвязей между ними.
Проектные решения. Преобразуют результаты предыдущих процессов в альтернативные проектные решения и служат основанием выбора окончательного варианта системы.
Дизайн компонентов. Это процесс создания элементов самого низкого уровня в системной иерархии. Каждый компонент производится на базе оригинальной разработки, либо может покупаться или использоваться повторно.
Процесс интеграции обеспечивает включение системных элементов более низкого уровня в модули более высокого уровня в физической архитектуре.
Верификация подтверждает, что элемент системы соответствует проектным или сборочным спецификациям. Она отвечает на вопрос «Соответствует ли система требованиям?» Валидация отвечает на вопрос «Правильно ли вы построили систему?»
Внедрением называют процесс передачи конечной системы пользователю.
Процессы технического управления (см. главу 3) реализуются на протяжении всего жизненного цикла приобретения и обеспечивают исполнение и контроль, чтобы помочь менеджеру и техническому лидеру достичь целей по производительности, графику и стоимости разрабатываемого продукта. Они включают следующие активности.
Анализ решений, который обеспечивает основу для оценки и выбора альтернатив, учитываемых при принятии решения.
Техническое планирование обеспечивает правильное применение процессов СИ на протяжении всего жизненного цикла системы.
Технические оценки включают поэтапные измерения технического прогресса, эффективность выполнения планов и требований.
Управление требованиями обеспечивает отслеживаемость соответствия системных требований верхнего уровня требованиям к подсистемам и компонентам.
Управление рисками включает оценку достижения целей программы, графика и эффективности на каждом этапе жизненного цикла.
Управление конфигурацией отвечает за установление базовой версии продукта и поддержание согласованности его компонентов с требованиями.
Управление данными, включает обработку необходимой информации, связанной с разработкой и поддержкой продукта.
Управление интерфейсом (глава 3.6) обеспечивает определение и соответствие интерфейса между элементами, составляющими систему, а также с другими системами, с которыми система или ее элементы должны взаимодействовать.
Для удобства читателя в конце книги приложен словарь терминов СИ.
Системный подход помогает преодолевать критические тенденции ужесточения комплекса требований к инновационным разработкам. Системы становятся все более сложными как по количеству компонентов, так и по взаимосвязям. Это увеличивает количество появляющихся технологически продвинутых и мощных, но менее предсказуемых продуктов. «Системой систем» называют продукты наивысшего уровня сложности, когда совместное применение нескольких систем дает синергетический эффект новизны достигаемых целей по сравнению с отдельными частями. Растет применение киберфизических систем, от умных автомобилей до контроля окружающей среды и сетецентрических войн, развиваются сайты социальных сетей и массовые многопользовательские игры. Новый уровень взаимодействия систем, сервисов и пользователей фундаментально изменил способы создания, разработки, развертывания, управления и вывода из эксплуатации систем. Сочетание ожиданий клиентов и факторов конкуренции привело к значительному сжатию жизненных циклов разработки и внедрения продуктов и услуг. При том, что сложность и критичность новых систем растут в геометрической прогрессии, время на их разработку и развертывание сокращается. Сложность и взаимосвязанность систем значительно увеличили ценность их использования, но одновременно выросла их уязвимость от внешних угроз. Поэтому повысилось внимание к безопасности новых продуктов.
Повышение стоимости развития новых продуктов «с нуля» повлияло на увеличение количества модификаций существующих систем. Системы предыдущего поколения часто плохо подходят для модернизации под выполнение новых задач, так как их будущее развитие не рассматривалось во время проектирования. Продление срока службы системы, превышающее исходный план из-за значительного увеличения стоимости и времени замены, еще больше усугубляет проблемы. Например, продление срока службы самолета B-52 до 100 лет вместо 3040 плановых. Преодолевать эти тенденции призвана современная рабочая сила, которая развивается, адаптируясь к окружающей технологической среде, чтобы разрабатывать, создавать и управлять этими сложными системами.
Системный подход является основой, с помощью которой можно при создании новых или усовершенствованных продуктов выбирать наиболее подходящие практики на основе заданных тенденций.
Процесс реализации системного подхода при разработке продукта включает следующие основные задачи:
a) определить цели продукта (или продуктовой программы);
b) установить требования к характеристикам продукта (анализ требований);
c) установить функциональность продукта (функциональный анализ);
d) разработать альтернативные концепции дизайна продукта (архитектурный синтез);
e) выбрать базовый дизайн продукта (сбалансированный дизайн);
f) убедиться, что базовый дизайн продукта соответствует требованиям (верификация);
g) подтвердить, что базовый дизайн продукта удовлетворяет пользователей (валидация);
h) повторить вышеописанный процесс на более низких уровнях (каскадирование требований к продукту на декомпозированные уровни посредством распределения функций и синтеза дизайна).
Процесс разработки можно представить в виде следующих четырех петель (циклов). Схема этих циклов разработки показана на рис.1.
1. Цикл требований: помогает уточнить определение требований, которые используются при анализе функций, путем распределения функций по системам, подсистемам и компонентам на различных уровнях.
2. Цикл проектирования: включает итеративное применение результатов функционального анализа и распределения для разработки продукта таким образом, чтобы весь продукт с интерфейсами между различными подсистемами и компонентами мог работать в соответствии со всеми его требованиями.
3. Цикл управления: обеспечивает рассмотрение и анализ вопросов в нужное время и принятие правильных решений для управления тремя основными задачами (анализ требований, функциональный анализ и распределение и синтез проекта). Коммуникации и обзоры проекта помогают достичь баланса между характеристиками продукта. Контур управления облегчает своевременную передачу всех необходимых задач в соответствии с системно-инженерным планом управления проектированием и помогает выполнять бюджетные и временные требования программы продукта.
4. Цикл верификации: включает проведение испытаний разработанного продукта, его подсистем и компонентов, чтобы верифицировать выполнение всех требований на каждом уровне. Тестирование может быть выполнено посредством компьютерного моделирования, лабораторных, стендовых или полевых испытаний в зависимости от наличия испытательного оборудования, аппаратного и программного обеспечения, подлежащего тестированию. Процесс верификации повторяется до тех пор, пока принятый проект будет соответствовать всем применимым требованиям.
Эти задачи выполняются итеративно, причем в каждой последующей итерации вопросы проектирования продукта рассматриваются с увеличивающейся глубиной. Общий дизайн продукта с его системами оценивается (измеряется, корректируется или уточняется) в каждой итерации, до достижения заданных целей получения приемлемого продукта.
2.3 Архитектура системы и требования
Выявление свойств и характеристик будущей системы начинается с задачи маркетингового исследования рынка. Типовая постановка задачи маркетинга описывает потребности клиента, заявляет цели проекта, очерчивает предмет проблемы, определяет концепцию эксплуатации. Необходимо оценить требования заинтересованных сторон, характеристики системы, стоимость, примерный график выхода на рынок, потребное вспомогательное оборудование, технологические риски, структуру декомпозиции работ, вплоть до наличия исходных запчастей и готовности к ремонту.
Рыночная привлекательность продукта определяется набором его преимуществ. Например, для системы гражданского самолета это дальность, грузоподъемность, стоимость пассажиро-километра, вес, надежность, наличие послепродажного обслуживания, стоимость владения, и др. Критерии принятия решений на рынке могут быть назначены на основе качественных мер эффективности, которые учитывают голос клиента, и количественных показателей, которые оценивают голос инженеров. У новой системы могут быть также нематериальные преимущества, которые нелегко измерить. К ним относятся улучшение экологичности, повышение лояльности клиентов, лучшее качество, лучшее обслуживание, большее удовлетворение работой сотрудников, и так далее. Эти факторы могут влиять на экономическую осуществимость системы.
Необходимым стартовым компонентом для формирования финального пакета требований является документ «Концепция эксплуатации». В стандартах РФ документ не фигурирует, однако полезен для разработчиков, а также при разрешении последующих возможных конфликтов исполнителя с заказчиком. В нем количественно и качественно описывают ожидаемые характеристики разрабатываемой системы с точки зрения пользователя. Система представлена в виде «черного ящика», без деталей. Задачей концепции является наглядное описание целей создания системы, «что» она должна делать, а не «как». Это не техническое задание, где изложен детальный набор требований к системе, подсистемам и элементам. По мере разработки и проверки концепции потребности заинтересованных сторон преобразуют в эксплуатационные требования.
Концепция эксплуатации излагает для системы, подсистемы, аппаратного и программного обеспечения, компонента или другого элемента системы, кто является пользователями системы, как и где она будет использоваться, а также репрезентативный набор сценариев эксплуатации. Эти сценарии, каждый из которых связан с конкретным предполагаемым применением, выбраны для представления как типичных, так и предельных условий работы системы. Концепция эксплуатации обеспечивает прямую проверку требований и пригодности решения для предполагаемого использования.
Важно преодолеть разрыв между концепцией эксплуатации и общим набором требований. Основные требования должны напрямую сопоставляться с концепцией эксплуатации. Вспомогательные требования должны просто предоставлять количественные данные, чтобы можно было получить общий результат, как описано в концепции эксплуатации, которая является связующим звеном между желаемыми и финальными требованиями для создания и тестирования решения по продукту.
В Интернете можно найти несколько версий шаблонов концепции эксплуатации. Основные разделы, которые охватывают продукт и процесс (здесь пропущены заголовок и постановка задачи), могут включать описания:
1. Текущей системы или ситуации.
1.1 Предпосылки, цели и область применения.
1.2 Операционную политику и ограничения.
1.3 Описание текущей системы или ситуации.
1.4 Режимы работы для текущей системы или ситуации.
1.5. Классы пользователей и другой задействованный персонал.
1.6 Поддержку среды.
2. Концепции для предлагаемой системы.
2.1 Предпосылки, цели и область применения.
2.2 Операционную политику и ограничения.
2.3 Описание предлагаемой системы.
2.4 Режимы работы.
2.5. Классы пользователей и задействованный персонал.
2.6. Среду поддержки.
3. Эксплуатационных сценариев.
4. Анализа предлагаемой системы.
4.1 Краткое изложение улучшений.
4.2. Недостатки и ограничения.
4.3 Альтернативные рассмотренные варианты и компромиссы.
Наличие четко определенной концепции эксплуатации является ключевым исходным основанием для успеха системы. Нельзя начинать работу с ожиданиями, что можно спроектировать что-то сейчас, а исправить позже.
После уточнения концепции эксплуатации переходят к определяющему действию системной инженерии, которое включает разработку архитектуры новой системы (не путать с архитектурой зданий).